【文章內(nèi)容簡介】 過程控制是指對溫度，壓力，流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC通過其模擬量 I/O模塊，及數(shù)據(jù)處理運算功能，實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)控制?，F(xiàn)代的大中型 PLC一般都有 PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用 PID子程序 或?qū)Ｓ玫?PID模塊進行控制。 現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學運算，數(shù)據(jù)傳送轉(zhuǎn)換排序和查表功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集分析處理等操作。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值進行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或?qū)⑺麄兇蛴≈票怼? PLC的通信包過主機與遠程 I/O之間的通信，多臺 PLC之間的通信， PLC與其他智能設備之間的通信。 PLC與其他智能設備一起可以組成“集中管理，分散控制”式的分布式控制系統(tǒng)。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 15 PLC 的選擇 S7— 200 PLC 的選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、 電源等的選擇。 S7200 系列 PLC 是西門子公司 20世紀 90年代推出的整體式小型可編程控制器。早些時候稱為 CPU21X，其后的改進型稱為 CPU22X。其結構緊湊、功能強，具有很高的性能價格比，在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中應用廣泛。 S722X 系列 PLC 可提供 5 種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元。其系統(tǒng)構成除基本單元、擴展單元外，還有編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。 表 21 給出了 22X 系列 CPU 的基本配置。從表中可以看出， 22X系列 CPU 具有很強的功能，如自帶高速計數(shù)器、通訊口、具有脈沖輸出功能、實時時 鐘、能進行浮點運算等。此外， S7200 系列 PLC 允許在程序中立即讀寫輸入、輸出口，允許在程序中使用中斷，允許設定通訊任務的處理時間，允許設置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以由用戶自己定義存儲器的掉電保護區(qū)，可以允許數(shù)字量時間，允許設置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以由用戶自己定義存儲器的掉電保護區(qū)，可以允許數(shù)字量及模擬量輸入加濾波器，還具有窄脈沖捕捉功能，為復雜的工業(yè)控制提供了方便。 表 21 22X 系列 CPU 的基本配置 特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 外型尺寸 /mm mm mm 90 80 62 90 8062 8062 190 8062 190 8062 程序存儲區(qū) 2048 字 2048 字 4096 字 4096 字 8192 字 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 1024 字 1024 字 2560 字 2560 字 5120 字 掉電保持時間 /h 50 50 190 190 190 本機 I/O 6 入 /4 出 8 入 /6 出 14 入 /10 出 24 入 /16 出 24入 /16出 擴展模塊數(shù)量 0 2 7 7 7 高速計數(shù)器 單相 雙相 4 路 30KHZ 2 路 20KHZ 4 路 30KHZ 2 路 20KHZ 6 路 30KHZ 4 路 20KHZ 6 路 30KHZ 4 路 20KHZ 6 路 30KHZ 4 路 20KHZ 脈沖輸出（ DC） 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 模擬電位器 1 1 2 2 2 實時時鐘 配置時鐘卡 配置時鐘卡 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 通訊口 1RS485 1RS485 1RS485 2RS485 2RS485 河北工程大學畢業(yè)設計論文 16 在飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)中我們只用了 11個輸入 8個輸出 ,和簡單的邏輯和 計數(shù)功能，配置基本單元就可以滿足要求，即選用CPU224 的西門子 S7200 系列 PLC 作為控制器構成飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。 結構描述： S7200 CPU 將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量 I/O 點集成在一個緊湊的封裝 中，從而形成了一個功能強大的小型可編程邏輯控制器。 CPU 結構如圖 21 所示： 電 機 的選擇 電動 機 M1 型號為 Y132M4，額定電壓為交流 380V，額定電流為 15A，頻率為 50HZ，功率為 ，轉(zhuǎn)速為 1440r/min。 銘牌：型號： Y132M4 功率： 頻率： 50HZ 電壓： 380V 電流： 接法：△ 轉(zhuǎn)速： 1440r/min 電機上一般有這樣的銘牌，用來表示電機參數(shù)。介紹一下 Y132M4，Y 表示三相異步電動機； 132 表示機座中心高； M 機座長度代號（分為SML 短中長）， 4 為磁極個數(shù)（ 2P 磁極對數(shù)）。如表 22 所示 表 22 電機磁極個 數(shù)及轉(zhuǎn)速 磁極個數(shù) 2 極 4 極 6 極 8 極 河北工程大學畢業(yè)設計論文 17 P（ 磁極對數(shù) ） 1 2 3 4 轉(zhuǎn)速 3000 1500 1000 750 p—— 電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。（實際上，由于轉(zhuǎn)差率的存在，電機 .實際轉(zhuǎn)速略低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速） 銘牌所標的為磁極個數(shù)，即幾極電機，對應對數(shù)和轉(zhuǎn)速。 電機轉(zhuǎn)速與頻率的公式 n=60f/p 上式中 n—— 電機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分）； 60—— 每分鐘（秒）； f—— 電源頻率（ HZ）； 在 變頻調(diào)速 系統(tǒng)中，根據(jù)公式 n=60f/p 可知： 改變頻率 f 就可改變轉(zhuǎn)速 降低頻率↓ f，轉(zhuǎn)速就變小：即 60 f↓ / p = n↓ 增加頻率↑ f，轉(zhuǎn)速就加大： 即 60 f↑ / p = n↑ 表 23 物理量與單位 物理量 符號 基本單位 單位符號 公式 功 W 焦耳（焦） J W=Fs=Pt 功率 P 瓦特（瓦） W P=W/t=Fv 電流 I 安培（安 ) A I=U/R=W/R 電壓 U 伏特（伏） V U=IR 電阻 R 歐姆（歐） Ω R=U/I=W/II 電功 W 焦耳（焦） J W=UIt=Wt 電功率 P 瓦特（瓦） W P=W/t=UI=IIR 電動機 M2 型號為 Y90S4，額定電壓為交流 380V，額定電流為 ，頻率為 50HZ，功率為 ，轉(zhuǎn)速為 1440r/min。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 18 電動機 M3 選與電動機 M2 一樣的型號即可。 電動機的轉(zhuǎn)速要盡量小，設計要求轉(zhuǎn)速為盡量小，綜合考慮到工作環(huán)境以及經(jīng)濟效益方面，暫選電動機為 1400r/min ,效率為 78%，功率 ，質(zhì)量 23kg. 我們采用三角形的接法，接法如圖 22 所示 傳 感 器的選擇 本設計需要用多個傳感器，有檢測空瓶的光電傳感器，檢測產(chǎn)品質(zhì)量的壓力傳感器與檢測飲料罐液位的液位傳感器。 光 電傳感器 光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的，它的基本結構如圖 6，它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化 ,然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號 .光電傳感器一般由光源 ,光學通路和光電元件三部分組成 .光電檢測方法具有精度高 ,反應快 ,非接觸等優(yōu)點 ,而且可測參數(shù)多 ,傳感器的結構簡單 ,形式靈活多樣 ,因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛 . 河北工程大學畢業(yè)設計論文 19 圖 7 光電傳感器是一種 依靠被測物與光電元件和光源之間的關系，來達到測量目的的，因此光電傳感器的光源 扮演著很重要的角色， 光電傳感器的電源要是一個恒光源， 電源穩(wěn)定性的設計至關重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準確性，常用光源有以下幾種： 發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設備中。 絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構成傳感器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的 干擾。 光敏三極管在低照度入射光下工作時，或者希望得到較大的輸出功率時，也可以配以放大電路，如圖 9所示。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 20 由于光敏電池即使在強光照射下，最大輸出電壓也僅 ，還不能使下一級晶體管有較大的電流輸出，故必須加正向偏壓，如圖 9（ a）所示。為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電池在無光照時承受的反向偏壓，可在光電池兩端并聯(lián)一個電阻?；蛘呦髨D 9（ b）所示的那樣利用鍺二極管產(chǎn)生的正向壓降和光電池受到光照時產(chǎn)生的電壓疊加，使硅管 e、 b 極間電壓大于 ，而導通工作。這種情況下也可以使用硅光電池組，如圖 10（ c）所示。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 21 半導體光電元件的光電轉(zhuǎn)換電路也可以使用集成運算放大器。硅光敏二極管通過集成運放可得 到較大輸出幅度，如圖 11（ a）所示。當光照產(chǎn)生的光電流為時，輸出電壓為了保證光敏二極管處于反向偏置，在它的正極要加一個負電壓。圖 11（ b）給出硅光電池的光電轉(zhuǎn)換電路，由于光電池的短路電流和光照成線性關系，因此將它接在運放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近于零的 特點，可以得到較好的效果。在圖中所示條件下，輸出電壓 由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的 ,按光電元件 (光學測控系統(tǒng) )輸出量性質(zhì)可分二類 ,即模擬式光電傳感器和脈沖 (開關 )式光電傳感器 .模擬式光電傳感 器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流 ,它與被測量間呈單值關系 .模擬式光電傳感器按被測量 (檢測目標物體 )方法可分為透射 (吸收 )式 ,漫反射式 ,遮光式 (光束阻檔 )三大類 .所謂透射式是指被測物體放在光路中 ,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物 ,部份被吸收后 ,透射光投射到光電元件上， 如測液體、氣體透明度和混濁度的光電比色計等 。所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上 ,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上， 如光電比色溫度計和光照度計等 。所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份 ,使投射剄光電元件上的光通量改變 ,改變的程度與被測物體在光路位置有關， 如振動測量、工件尺寸測量 ；而在脈沖式光電傳感器中在這種傳感器中，光電元件接受的光信號是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常是只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號，多用于光電計數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測量等場合。 光電傳感器的 原理 ： 河北工程大學畢業(yè)設計論文 22 光電 傳感器 是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積， PN 結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置 的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ?181。A ），稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子 空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極 ——發(fā) 射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結反偏，發(fā)射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流 Iceo=（ 1+β） Icbo（很小），比一般三極管的穿透電流還??；當有光照時，激發(fā)大量的電子 空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流 Ib 增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流 Ic=（ 1+β） Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度 光電傳感器應用 ： 光電傳感器是一種小型電子 設備 ，它可以檢測出其接收到的光強的變化。早期的用來 檢測 物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形 設備 ，發(fā)射器帶一個校準鏡